Cтраница 2
Предлагаемая книга написана сотрудниками кафедры химической кинетики химического факультета Московского университета, которые в течение ряда лет как в научной, так и в учебной работе успешно применяли описываемые методы. В основу книги положен практикум по методам химической кинетики, существующий на кафедре более 15 лет. Современные физико-химические методы часто требуют весьма сложной аппаратуры, что отчасти препятствует широкому внедрению их в учебные планы и программы. Опыт работы кафедры показывает, что можно и полезно допускать студентов старших курсов при прохождении спецпрактикума к работе на тех же приборах и установках, на которых ведутся научные исследования. [16]
Системы, в которых происходит обмен веществом с окружающей средой, в термодинамике называют открытыми системами. Чтобы получить представление о том, как используют методы химической кинетики при описании процессов в открытых системах, целесообразно изучить кинетику реакций в реакторах идеального смешения и в реакторах идеального вытеснения. [17]
Разумеется, исторически метод Болышана ( 1872) предшествовал методу химической кинетики. [18]
Скорости и механизмы химических превращений являются предметом исследований химической кинетики. Возникает естественный вопрос, в какой мере можно использовать законы и методы химической кинетики для выявления закономерностей скорости сгорания в двигателях. [19]
Теория старения и стабилизации полимеров представляет собой раздел науки о скоростях химических реакций - химической кинетики. К сожалению, в работах, посвященных старению и стабилизации полимеров, термины и методы химической кинетики используются не всегда правильно. Поэтому ниже мы коротко остановимся на основных понятиях химической кинетики. [20]
Реакционная зона в ацетилено-воздушном и водо-родно-воздушном пламенах имеет весьма незначительную толщину - порядка десятой доли миллиметра. В ней протекают химические реакции, служащие источником энергии, за счет которой и происходит нагревание газов в факеле пламени. Эти процессы неравновесны и могут быть рассчитаны только методами химической кинетики. Для расчета же химического состава пламени и его температуры за пределами реакционной зоны можно привлечь методы классической химической термодинамики, а также экспериментальные методы определения температуры, основанные на использовании законов теплового излучения, с теми оговорками, которые были упомянуты в разд. Для выполнения термодинамических расчетов необходимо знать состав горючей смеси. Это возможно, если учитывать только поступление газов из системы питания. [21]
Реакционная способность представляет собой в настоящее время чисто качественное понятие. Необходимо строго количественно охарактеризовать реакционную способность, например, путем нахождения констант скоростей соответствующих реакций. Иначе говоря, необходимо широко внедрить в органическую химию методы химической кинетики, необходимо слить в одно целое химическую кинетику и учение о реакционной способности. [22]
Очень часто успехи в технике достигаются эмпирическим путем. Это целиком относится, например, к двигателям внутреннего сгорания, в развитии и совершенствовании которых главную роль сыграла творческая интуиция и настойчивость инженеров. Что касается физико-химической сущности процессов горения, происходящих в двигателях, то в этой области достоверных сведений очень мало. Медленный процесс познавания этих явлений объясняется их чрезвычайной сложностью и тем, что методы химической кинетики, применяемые в таких исследованиях, являются в значительной мере косвенными. Однако можно надеяться, что будет выявлен механизм горения и для более сложных топлив. В предыдущей статье этот вопрос рассматривался с точки зрения кинетики горения - Следует, однако, иметь в виду, что, хотя термодинамика играла и будет играть значительную роль для изучения рассматриваемого предмета, тем не менее до последнего времени отсутствовали точные данные для таких термодинамических величин, как энтропия, теплоемкость, константы равновесия при высоких температурах. [23]
Для того чтобы не фетишизировать кинетический метод исследования, следует учесть, что эмпирический опыт и интуиция технологов в большинстве случаев дают весьма неплохие результаты. Многие положения кинетического метода широко используются в стихийном порядке исследователями, никогда специально не занимавшимися химической кинетикой. Методы качественной оценки кинетических закономерностей также широко применяются технологами и химиками-синтетиками. Достаточно сослаться на представления о более и менее активных реагентах, широко распространенных в органической химии. Методы химической кинетики позволяют оценить количественное различие между ними. [24]
Ранее мы обсудили некоторые точные экспериментальные данные, касающиеся двух свойств жидкостей, а именно: давления пара и вязкости. Мы также познакомились в кратком изложении с некоторыми теориями, выдвинутыми для объяснения этих свойств. Вместе с тем даже кратко невозможно было коснуться многих других важных свойств материи в жидком состоянии, из которых особенно важное значение имеют мольный объем, сжимаемость и теплоемкость. Среди них имеется теория Дитеричи, который, используя методы химической кинетики, вывел интересное уравнение, позволяющее рассчитать свободное пространство в жидкости. Сюда относится также теория Егера, чье математическое подтверждение применимости классических законов распределения Максвелла и Больцмана кладется, хотя и без убедительных доводов, в основу большинства современных теорий. Затем развитие теоретических представлений продолжалось и продолжается в настоящее время. Все они содержат допущение, не вытекающее полностью из опытных данных 162 ], а именно что внутримолекулярное движение в жидкой фазе не отличается от соответствующего движения молекулы в газовой фазе. [25]
Вместе с тем протекание реакции зависит, как правило, не только от термодинамических свойств реагирующей системы. Прежде чем перейти в равновесное состояние, определяемое термодинамикой реакции, система проходит через ряд промежуточных состояний. Скорость прохождения системой этих стадий определяется кинетикой процесса: скорость установления равновесного распределения энергии по степеням свободы - физической кинетикой, скорость установления равновесного химического состава - химической кинетикой. При этом спецификой плазмохимических реакций является сильное взаимное влияние факторов физической и химической кинетики. Конечная скорость установления равновесного распределения энергии по различным степеням свободы в ряде случаев ограничивает возможность применения классических методов химической кинетики, основанных на предположении о максвелл-больцмановском распределении энергии в реагирующей системе. Но и в тех случаях, когда методы химической кинетики могут считаться применимыми, исследование химической кинетики системы затрудняется тем, что сравнительно высокие при рассматриваемых температурах скорости химических реакций могут весьма существенно зависеть от скорости физических процессов, таких как диффузия - молекулярный и турбулентный перенос, макроскопическое перемешивание компонентов реагирующей системы. Изучение плазмохимиче-ского процесса предполагает, в общем случае, исследование элементарных актов соударений при условии kT - Е & - Е лт, термодинамики, физической и химической кинетики процесса, а также вопросов газодинамики перемешивающихся потоков реагирующих веществ с учетом взаимоосложняющих воздействий всех этих факторов друг на друга. Сложность такой постановки задачи очевидна. Поэтому правомерно принять некоторое физически осмысленное упрощение отдельных сторон вопроса, разграничение отдельных факторов и их взаимных влияний. [26]